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本科生取得重要研究成果:统一了线和面上的力

 

近日,《欧洲物理杂志C辑》(粒子与场论)在线发表我校物理与微电子科学学院本科生胡樑栋、连丁坤及其指导老师刘全慧的研究成果:向心力定律与超曲面上粒子的运动方程。该杂志是物理学JCR分区中的SCI一区刊物,2015年影响因子4.9。

寻找规律的统一性是物理学的根本任务之一。牛顿用万有引力统一了星球的运动规律,麦克斯韦用电动力学统一了电和磁的运动规律;爱因斯坦发现广义相对论同时解释了星球的运动和宇宙的演化,而杨振宁的规范场论则为宇宙间的全部相互作用提供了理论框架。

在物理学中,当一个物体局限在一条曲线上运动时,例如圆周运动、汽车爬坡等,会受到一个向心力;而当一个物体局限在曲面上运动时,例如球面运动、飞机绕地球飞行等,受到另外一个力。这两个力都为物理学界普遍接受也广泛使用,没有人注意到这二者可以统一起来。物电院应用物理专业三年级(现在是四年级上学期)本科生胡樑栋、连丁坤两位同学,在博士生导师刘全慧教授的指导下,将向心力的公式加以改造,发现线和面上的力是同一个力:统一称之为向心力。这个向心力如此普适:不仅仅包括了三维空间的线和面上的运动,还包括了任意维空间中的曲线和超面上的运动。

 

 

 

据悉,在物电院“本科生科研能力提升计划”支持下,胡樑栋和连丁坤两位同学打算2016年春节期间不回家过年,主动联系刘全慧教授从事理论物理研究。刘教授欣然允诺,同时也决定放弃回家过年。整个春节及其开学后的一个月内,三位师徒泡在一起,紧锣密鼓,摸爬滚打,进行了极高强度的科研合作,两个月就有了一个基本轮廓。这项研究需要用到《微分几何》,两位同学又通过到数学院蹭课并努力自修,基本掌握了这门数学课程。最后,师徒三人用微分几何和哈密顿力学的语言,完成了论文。论文完成的消息通过网络传出后,立即获得了有关国际知名专家的关注,在论文的最后校样过程中,作者还参考该专家的意见进行了完善。

这项研究充分体现了师生相长。刘全慧教授对这两位本科生科研能力的评价是“英气比经验重要”。两位本科生的研究成果是物电院“本科生科研能力提升计划”实施一年多以来的又一个标志性成果,也是物电院本科生教学改革的一个重要进展,将激励更多本科生加入科研团队、接受科研训练,实现与一流研究型大学相称的人才培养目标。

该研究课题是刘教授负责的国家自然科学基金项目的一部分,它的成功使得该国家级科研项目的质量有了基本保证。

 

论文下载网址:http://link.springer.com/article/10.1140/epjc/s10052-016-4473-2